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¿Qué son los patrones de diseño de software?

Si eres programador o estás despegando en el desarrollo informático y la programación, tarde o temprano te toparás con el término «patrones de diseño de software«. El desarrollo de software es un proceso complejo que requiere un enfoque estructurado y eficiente para lograr resultados óptimos. En este contexto, los patrones de diseño de software se han convertido en una herramienta invaluable para los desarrolladores, brindando soluciones probadas y comprobadas para problemas comunes de diseño. Al comprender y aplicar estos patrones, los profesionales del desarrollo pueden mejorar significativamente la eficiencia y mantenibilidad del código, evitando errores costosos y optimizando el tiempo de desarrollo.

¿Qué son los patrones de diseño / design patterns?

Los patrones de diseño o design patterns, son una solución general, reutilizable y aplicable a diferentes problemas de diseño de software. Se trata de plantillas que identifican problemas en el sistema y proporcionan soluciones apropiadas a problemas generales a los que se han enfrentado los desarrolladores durante un largo periodo de tiempo, a través de prueba y error.

Estos patrones proporcionan un enfoque estructurado y reutilizable para resolver situaciones recurrentes en el desarrollo de software. Los patrones de diseño ayudan a los desarrolladores a comunicarse y compartir soluciones eficientes y efectivas que han demostrado ser exitosas en el pasado.

Cada patrón de diseño tiene un propósito específico y ofrece una solución a un problema de diseño común. Al utilizar un patrón de diseño, los desarrolladores pueden aprovechar la experiencia acumulada y evitar reinventar la rueda, lo que resulta en un software más eficiente, mantenible y escalable.

Es importante tener en cuenta que los patrones de diseño no son algoritmos o código listo para usar, sino más bien pautas y descripciones de soluciones de diseño. Los desarrolladores deben adaptar e implementar los patrones de diseño de acuerdo con los requisitos y características específicas de su proyecto de software.

Los patrones de diseño de software se basan en principios y prácticas de diseño que han evolucionado a lo largo del tiempo. A menudo, se describen utilizando terminología y notaciones específicas para facilitar su comprensión y aplicación.

Historia de los patrones de diseño de software

En 1994, cuatro autores Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson y John Vlissides, a los que llamaron Gang of Four (GoF), publicaron un libro titulado Design Patterns, elementos de software orientado a objetos reutilizables. Con este trabajo se inició el concepto de patrón de diseño en el desarrollo de software y recoge 23 patrones de diseño comunes. Cada uno de ellos define la solución para resolver un determinado problema, facilitando además la reutilización del código fuente.

Existen muchísimos patrones de diseño de software e irán apareciendo cada vez más. En este post hablaremos de los más conocidos o los llamados patrones clásicos

¿Por qué usar patrones de diseño?

El gran crecimiento del sector de las tecnologías de la información ha hecho que las prácticas de desarrollo de software evolucionen. Antes se requería completar todo el software antes de realizar pruebas, lo que suponía encontrarse con problemas. Para ahorrar tiempo y evitar volver a la etapa de desarrollo una vez que este ha finalizado, se introdujo una práctica de prueba durante la fase de desarrollo. Esta práctica se usa para identificar condiciones de error y problemas en el código que pueden no ser evidentes en ese momento. En definitiva, los patrones de diseño te ayudan a estar seguro de la validez de tu código, ya que son soluciones que funcionan y han sido probados por muchísimos desarrolladores siendo menos propensos a errores.  

Tipos de patrones de diseño de sotware

 Los patrones de diseño más utilizados se clasifican en tres categorías principales, cada patrón de diseño individual conforma un total de 23 patrones de diseño. Las cuatro categorías principales son:

  • Patrones creacionales
  • Patrones estructurales
  • Patrones de comportamiento
    patrones de diseño de software

 

Patrones creacionales

Los patrones de creación proporcionan diversos mecanismos de creación de objetos, que aumentan la flexibilidad y la reutilización del código existente de una manera adecuada a la situación. Esto le da al programa más flexibilidad para decidir qué objetos deben crearse para un caso de uso dado.

Estos son los patrones creacionales:

Abstract Factory

En este patrón, una interfaz crea conjuntos o familias de objetos relacionados sin especificar el nombre de la clase.

Builder Patterns

Permite producir diferentes tipos y representaciones de un objeto utilizando el mismo código de construcción. Se utiliza para la creación etapa por etapa de un objeto complejo combinando objetos simples. La creación final de objetos depende de las etapas del proceso creativo, pero es independiente de otros objetos.

Factory Method

Proporciona una interfaz para crear objetos en una superclase, pero permite que las subclases alteren el tipo de objetos que se crearán. Proporciona instanciación de objetos implícita a través de interfaces comunes

Prototype

Permite copiar objetos existentes sin hacer que su código dependa de sus clases. Se utiliza para restringir las operaciones de memoria / base de datos manteniendo la modificación al mínimo utilizando copias de objetos.

Singleton

Este patrón de diseño restringe la creación de instancias de una clase a un único objeto. 

Patrones estructurales

Facilitan soluciones y estándares eficientes con respecto a las composiciones de clase y las estructuras de objetos. El concepto de herencia se utiliza para componer interfaces y definir formas de componer objetos para obtener nuevas funcionalidades.

Adapter

Se utiliza para vincular dos interfaces que no son compatibles y utilizan sus funcionalidades. El adaptador permite que las clases trabajen juntas de otra manera que no podrían al ser interfaces incompatibles.

Bridge

En este patrón hay una alteración estructural en las clases principales y de implementador de interfaz sin tener ningún efecto entre ellas. Estas dos clases pueden desarrollarse de manera independiente y solo se conectan utilizando una interfaz como puente.

Composite

Se usa para agrupar objetos como un solo objeto. Permite componer objetos en estructuras de árbol y luego trabajar con estas estructuras como si fueran objetos individuales.

Decorator

Este patrón restringe la alteración de la estructura del objeto mientras se le agrega una nueva funcionalidad. La clase inicial permanece inalterada mientras que una clase decorator proporciona capacidades adicionales.

Facade

Proporciona una interfaz simplificada para una biblioteca, un marco o cualquier otro conjunto complejo de clases.

Flyweight

El patrón Flyweight se usa para reducir el uso de memoria y mejorar el rendimiento al reducir la creación de objetos. El patrón busca objetos similares que ya existen para reutilizarlo en lugar de crear otros nuevos que sean similares.

Proxy

Se utiliza para crear objetos que pueden representar funciones de otras clases u objetos y la interfaz se utiliza para acceder a estas funcionalidades

Patrones de comportamiento

El patrón de comportamiento se ocupa de la comunicación entre objetos de clase. Se utilizan para detectar la presencia de patrones de comunicación ya presentes y pueden manipular estos patrones.

Estos patrones de diseño están específicamente relacionados con la comunicación entre objetos.

Chain of responsibility

El patrón de diseño Chain of Responsibility es un patrón de comportamiento que evita acoplar el emisor de una petición a su receptor dando a más de un objeto la posibilidad de responder a una petición.

Command

Convierte una solicitud en un objeto independiente que contiene toda la información sobre la solicitud. Esta transformación permite parametrizar métodos con diferentes solicitudes, retrasar o poner en cola la ejecución de una solicitud y respaldar operaciones que no se pueden deshacer.

Interpreter

Se utiliza para evaluar el lenguaje o la expresión al crear una interfaz que indique el contexto para la interpretación.

Iterator

Su utilidad es proporcionar acceso secuencial a un número de elementos presentes dentro de un objeto de colección sin realizar ningún intercambio de información relevante.

Mediator

Este patrón proporciona una comunicación fácil a través de su clase que permite la comunicación para varias clases.

Memento

El patrón Memento permite recorrer elementos de una colección sin exponer su representación subyacente.

Observer

Permite definir un mecanismo de suscripción para notificar a varios objetos sobre cualquier evento que le suceda al objeto que está siendo observado.

State

En el patrón state, el comportamiento de una clase varía con su estado y, por lo tanto, está representado por el objeto de contexto.

Strategy

Permite definir una familia de algoritmos, poner cada uno de ellos en una clase separada y hacer que sus objetos sean intercambiables.

Template method

Se usa con componentes que tienen similitud donde se puede implementar una plantilla del código para probar ambos componentes. El código se puede cambiar con pequeñas modificaciones.

Visitor

El propósito de un patrón Visitor es definir una nueva operación sin introducir las modificaciones a una estructura de objeto existente.

patrones de diseño

Patrones de diseño

 

Importancia de los patrones de diseño de software

Los patrones de diseño son importantes por varias razones:

  1. Reusabilidad: Los patrones de diseño promueven la reutilización del diseño y del código, lo que ahorra tiempo y esfuerzo en el desarrollo de software.
  2. Mantenibilidad: Al seguir patrones de diseño reconocidos, el código se vuelve más fácil de entender y mantener. Los desarrolladores pueden comprender rápidamente la estructura y el propósito del código, lo que facilita la corrección de errores y la incorporación de nuevas características.
  3. Escalabilidad: Los patrones de diseño proporcionan un marco flexible que permite que el software se adapte y crezca con los requisitos cambiantes del negocio. Esto facilita la escalabilidad del sistema a medida que se agregan más funcionalidades o se manejan volúmenes de datos más grandes.
  4. Claridad y Consistencia: Al seguir patrones de diseño establecidos, se promueve la consistencia en la estructura y el diseño del software. Esto facilita la colaboración entre desarrolladores y mejora la comunicación dentro del equipo de desarrollo.

Ejemplo de Aplicación de Patrones de Diseño

Supongamos que estamos desarrollando una aplicación de comercio electrónico y necesitamos implementar un sistema de descuentos para productos. Podríamos aplicar el patrón de diseño Strategy para este propósito. En este patrón, definiríamos una interfaz común para todos los algoritmos de descuento y luego implementaríamos cada algoritmo de descuento concreto como una clase separada que implementa esa interfaz. Esto nos permitiría cambiar dinámicamente el algoritmo de descuento utilizado por un producto en tiempo de ejecución sin modificar el código cliente.

Conclusión

En este post hemos hecho una breve introducción a los patrones de diseño más populares que fueron definidos en el libro de la Gang of Four, Design Patterns. Existen muchos tipos de patrones de diseño de software que nos permiten crear nuestro código de manera más fácil y con estructuras de código que ya han sido probadas y con garantías de que funcionan. Siempre que trabajas con un código que ha sido creado por otra persona, utilizar patrones de diseño nos ayudará a descubrir problemas y a mejorar el código.

¿Qué patrones te parecen los más útiles?

En este vídeo encontrarás nuestro resumen de los patrones de diseño de software más útiles. Suscríbete a nuestro canal de YouTube y no te pierdas nuestras píldoras sobre programación.

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